装配式结构在公路工程中的应用分析
时间：2023-02-24 11:30:08 来源：千叶帆 本文已影响人
卢金龙
(四川省交通运输发展战略和规划科学研究院，四川 成都 610041)
装配式结构因采用标准化预制生产，其质量稳定可靠，现场吊装施工，工序衔接停闲时间短，能大幅提高施工效率[1]，降低人员劳动强度，减少建筑垃圾产生，是切实践行绿色施工理念的体现。我国公路建设条件复杂，地形地貌、地质岩性和气象水文条件地区差异大，给装配式结构在公路工程建设中的大力推广带来较大挑战。为适应新时期建筑业转型发展要求，势必加快装配式结构在公路工程中的应用。
1.1 政策支持
为推广装配式结构在公路工程中的应用，交通运输部先后印发了《关于实施绿色公路建设的指导意见》《关于打造公路水运品质工程的指导意见》《交通运输行业质量提升行动实施方案》《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》等文件，要求深入推广标准化设计，鼓励构件设计标准化和通用化，推进工程建设向产业化方向发展，提升公路工程的施工水平、工程质量、工程品质。
1.2 应用现状
从装配式结构在公路工程中的应用现状来看，推广程度差异明显，在桥梁工程方面推广应用最为普及，涵洞工程次之，其他结构仅在少数工程中有所应用。其主要原因在于扶持政策缺乏、标准规范较少、建设成本偏高、人员培训不到位等。
1.2.1 桥梁工程
我国装配式结构桥梁主要有钢桥和钢筋混凝土桥两大类。钢桥方面，主要以贝雷钢桥和钢桁梁桥为主。贝雷钢桥广泛应用于抢险救灾、应急保障、工程建设等领域，其典型代表有321公路钢桥和200型公路钢桥。钢桁梁桥主要应用于跨沟谷的高速公路或跨江、跨海的大通道，因钢桁梁的杆件和节点多，构造复杂，对构件制造、维修保养也提出了更高要求。钢筋混凝土桥方面，主要以PC梁桥和RC梁桥为主，实现了中小跨径桥梁设计和施工的标准化，在保证桥梁结构安全、提高结构耐久性、加快公路建设步伐等方面起到了积极作用，极大地推动了装配式结构在公路工程中的应用。
近年来，随着建设水平的不断提高，装配式桥墩在国内多个工程逐步得到应用实践，显著提高现场施工效率和施工质量。浙江、吉林等地还发布了关于装配式混凝土桥墩的地方标准，进一步提升了装配式桥梁在公路工程中的应用范围。
1.2.2 涵洞工程
相比传统的现浇施工，装配式涵洞质量和成本更加可控，建设工期可显著缩短[2]。如广东云(浮)茂(名)高速公路项目全线29座装配式涵洞的生产和安装工作用时仅5个月，比传统的现浇方式节省7个月的时间，对加快工程进度作用显著。由于行业指导意见缺乏、工程造价偏高、接缝处理要求高等原因，导致装配式涵洞应用范围有限，但也为将来提升应用规模提供了较大空间。
1.2.3 路基路面工程
装配式混凝土路面铺装进度快，铺完即可通车，在国内多用于抢险、临时、站场等工程。但因其板块尺寸小，接缝多，整体性差，极大限制了其在公路干线上的使用。为适应日益增长的交通量和严重的超载现象，装配式预应力混凝土路面应运而生。该工法通过施加预压应力来增强面板的整体性，面板最长可达200 m，厚度仅为普通水泥混凝土路面的0.4～0.6倍，在节约材料、减少垃圾、提升舒适性等方面有明显优势，非常契合公路行业绿色发展要求。
装配式基层以预制混凝土基块替换传统的水稳基层，可大大缩短基层养护时间，多应用在我国北方地区。中国工程建设标准化协会于2020-11-09印发了《沥青路面装配式基层技术规程》(T/CECS 769-2020)，对提高装配式基层的标准化和工业化水平具有重要意义。
1.2.4 隧道工程
公路隧道多采用钻爆法开挖+复合式衬砌的施工方法，不仅对施工安全、人员健康、工期保障和工程质量等产生不利影响，还易造成较大的经济损失。鉴于装配式衬砌的优点，国内不少学者开始对钻爆法公路隧道+装配式衬砌技术进行了研究，目前在断面形状、衬砌分块、结构计算、接头刚度等方面取得一定成果。广东河惠莞高速公路半嶂隧道工程在国内率先探索应用装配式衬砌，发挥其施工效率高、衬砌质量好、承载及时和施工环境好等优点，取得了良好的效果。但因其建设成本高，装配式衬砌尚未大范围推广。随着TBM和盾构机在公路隧道中的应用普及，装配式衬砌在公路隧道的应用也会逐渐扩大。
1.2.5 防护及排水工程
随着社会快速发展，常规挡土墙难以满足更高的生态和环保需求，装配式挡墙逐步得到推广和使用[3]。G544线川九路在对装配式挡墙结构进行特殊设计后，可栽种植物，呈现四季常绿的效果，实现与自然环境的和谐统一，既能起到支挡作用，又能美化公路环境。
装配式排水沟虽然实用性较强，推广价值较高，但因建设成本偏高、模具利用率不高等因素，在公路工程中的应用程度与市政、水利工程尚有较大差距。
在公路工程领域，建造方式仍以现场浇筑为主，与绿色发展的理念及先进建造要求相比还有较大差距。进一步推广装配式结构应用，主要面临以下几个方面的挑战：
(1)技术标准体系不完善。与市政、建筑行业相比，公路行业关于装配式结构的标准偏少，现行标准体系不能完整覆盖装配式结构的设计、施工、验收等环节，在一定程度上束缚了装配式结构的推广。
(2)思想认识转变不到位。工程各参建方对装配式建筑的政策理解不透彻，思维方式转变不到位，激励政策不健全，企业鲜有主动开展相关技术和人员培训，导致四新技术的应用不足。
(3)全过程统筹管理不足。多数企业对因工期提前而节约的人力、机械、材料等建设成本，缺乏有效的评价体系进行对比分析，碍于前期的高投入和经营指标考核的需要，一般会选择传统的建造方式。
(4)建设成本未有效降低。装配式结构涉及多个环节，但市场化、体系化的建造体系尚未形成，往往需要企业承担较高的前期投入，但模具、材料的重复利用率不高，直接影响企业的利润额和积极性。
面对交通强国建设、高质量发展的新要求，加大装配式结构的推广应用是必然趋势。针对行业现状，建议做好以下几个方面工作：
(1)健全机制体制。尽快出台相应的激励措施和扶持政策，形成系统性的政策体系，给企业在税收优惠、信贷支持、科技奖励、规费减免等方面予以保障，提高企业主观能动性。
(2)完善标准体系。完善的标准体系能激发相关单位的创新驱动力，可以让管理有章可循、设计有据可查、监督有法可依，有助于缓解相关单位的后顾之忧。
(3)加强技术攻关。如何以较低成本使得接缝的刚度和强度满足要求，并且防水效果良好，是目前亟须解决的技术难题，这就要求对装配式结构的理论、结构、材料等关键问题进行更为深入的研究。
(4)加强业务培训。主管部门应做好政策宣传、标准宣贯工作，鼓励企业提前开展技术、人员的培训，提升企业在新基建市场中的核心竞争力，适应建筑业转型发展要求。
(5)扩大试点应用。政府投资项目应率先加大装配式结构的应用，通过重点工程的标杆示范作用，提升市场认识度，促进更多企业布局相关产业链，推动产业转型升级。
当前，交通运输行业已转入高质量发展阶段，建筑业由劳动力密集转向建筑工业化，从粗放式管理转向精细化管理是必然要求。相关主管部门应发挥好行业指导作用，创造良好的发展环境，激发企业积极性。设计和施工单位应联合探索工程建设模式，促进设计、生产、施工的深度融合，既能推进装配式结构的发展，又能让企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
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